Post on 01-May-2015
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La membrana plasmatica è composta da:
• un doppio strato di fosfolipidi
• proteine associate alla membrana» intrinseche
» estrinseche (o periferiche)
Le teste polari dei fosfolipidi sono idrofile (cercano l’acqua) e sono quindi rivolte verso l’interno e l’esterno della cellula a contatto col le soluzioni acquose
Le code apolari sono idrofobiche (sfuggono l’acqua) e sono rivolte verso l’interno della membrana
Nella maggior parte delle cellule le proteine intrinseche possono muoversi in orizzontale liberamente scorrendo dentro la membrana
Nella maggior parte delle cellule le proteine intrinseche possono muoversi in orizzontale liberamente scorrendo dentro la membrana
no
no
si
si
Nei neuroni tuttavia la maggior parte delle proteine di membrana sono fissate in posizione dato che porzioni differenti del neurone hanno composizione proteica e proprietà differenti
Nei neuroni tuttavia la maggior parte delle proteine di membrana sono fissate in posizione dato che porzioni differenti del neurone hanno composizione proteica e proprietà differenti
Le proteine intrinseche sono bloccate all’interno della membrana perché la porzione che attraversa la membrana ha residui aminoacidici apolari che non possono uscire a contatto con il mezzo acquoso
Le proteine intrinseche sono bloccate all’interno della membrana perché la porzione che attraversa la membrana ha residui aminoacidici apolari che non possono uscire a contatto con il mezzo acquoso
NB: La scala è logaritmica per cui quando ad esempio si passa da 10 -8 a 10 -6 la permeabilità diventa 100 volte maggiore
Caratteristiche di permeabilità del doppio strato fosfolipidico
In una membrana artificiale costituita da soli fosfolipidi:
• Passano facilmente i gas, le molecole liposolubili e idrofobiche (O2, lipidi)
• Passano più lentamente le molecole polari (H2O, CO2)
• Non passano le molecole cariche (ioni: K+, Na+, Cl-)
• A parità di solubilità nei lipidi le molecole piccole passano più facilmente delle grandi (H2O diffonde più rapidamente di
monosaccaridi o aminoacidi)
Quando un sale, ad esempio cloruro di sodio (NaCl), il comune sale da cucina, viene disciolto in acqua, le sue molecole si dissociano in ioni
Na+ Cl-
Quando un sale, ad esempio cloruro di sodio (NaCl), il comune sale da cucina, viene disciolto in acqua, le sue molecole si dissociano in ioni
Na+ Cl-
Nel sale NaCl il legame chimico è molto forte (in quanto le cariche opposte di Na+ e Cl- si attraggono)
Nel sale NaCl il legame chimico è molto forte (in quanto le cariche opposte di Na+ e Cl- si attraggono)
La separazione dei due ioni in soluzione è resa possibile dal fatto che in sostituzione del legame forte tra Na+ e Cl- si formano tanti legami deboli tra le molecole di acqua e gli ioni (il cosiddetto guscio di idratazione)
La separazione dei due ioni in soluzione è resa possibile dal fatto che in sostituzione del legame forte tra Na+ e Cl- si formano tanti legami deboli tra le molecole di acqua e gli ioni (il cosiddetto guscio di idratazione)
Che cosa sono gli ioni?
L’acqua infatti è un dipolo cioè una molecola con una parziale carica positiva e una parziale carica negativa in grado quindi di formare legami sia con Na+
che con Cl-
L’acqua infatti è un dipolo cioè una molecola con una parziale carica positiva e una parziale carica negativa in grado quindi di formare legami sia con Na+
che con Cl- (-) O
H (+)
H (+)
OH
H
Cl-
OH
HO
H
H
OH
H
Na+
OH H
OH
HO
H
H
OHH
Gli ioni che hanno maggior importanza per la fisiologia del neurone:
Cationi(migrano al catodo)
Anioni (migrano all’anodo)
K+ Na+ Ca ++ Cl-
PotassioSodioCalcio
Cloro
I canali ionici:
Permettono il passaggio degli ioni
Sono estemamente selettivi (lasciano passare di solito un solo tipo di ione)
I canali ionici:
Permettono il passaggio degli ioni
Sono estemamente selettivi (lasciano passare di solito un solo tipo di ione)
Alcuni canali sono sempre aperti
Altri si aprono e si chiudono in risposta a determinati stimoli
Canali passivi
Canali passivi
Canali ad accesso
variabile
Canali ad accesso
variabile
Ci sono vari tipi di canali ad accesso variabileCi sono vari tipi di canali ad accesso variabile
Alcuni variano la loro permeabilità a seconda della presenza all’esterno di messaggeri chimici (ormoni, neurotrasmettitori)
Alcuni variano la loro permeabilità a seconda della presenza all’esterno di messaggeri chimici (ormoni, neurotrasmettitori)
Alcuni variano la loro permeabilità in risposta ad un messaggero intracellulare (II° messaggero)
Alcuni variano la loro permeabilità in risposta ad un messaggero intracellulare (II° messaggero)
Alcuni variano la loro permeabilità quando vi è una variazione del voltaggio
Alcuni variano la loro permeabilità quando vi è una variazione del voltaggio
Alcuni variano la loro permeabilità in risposta ad una sollecitazione meccanica sulla cellula (mediata dal citoscheletro)
Alcuni variano la loro permeabilità in risposta ad una sollecitazione meccanica sulla cellula (mediata dal citoscheletro)
Est
Int
I canali ioniciI canali ionici sono proteine di membrana
I canali ionici sono proteine di membrana
Essi sono troppo piccoli per essere studiati con metodi tradizionali
Essi sono troppo piccoli per essere studiati con metodi tradizionali
Tuttavia:
Appartengono a non più di 3-4 diverse famiglie e i diversi tipi di canali si assomigliano nella struttura
Appartengono a non più di 3-4 diverse famiglie e i diversi tipi di canali si assomigliano nella struttura
Sono ben conservati a livello filogenetico: lo stesso canale si può trovare nella drosophila (moscerino della frutta) o nell’uomo
Sono ben conservati a livello filogenetico: lo stesso canale si può trovare nella drosophila (moscerino della frutta) o nell’uomo
5 nanometri
6 manometri
2 nanometri
5 nanometri
Est
Int
I canali ionici sono composti da più sub-unità (di solito da 4 a 6)I canali ionici sono composti da più sub-unità (di solito da 4 a 6)
La porzione che attraversa la membrana ha una struttura ad α-elica con amminoacidi polari rivolti verso il canale e amminoacidi apolari rivolti verso lo strato fosfolipidico
La porzione che attraversa la membrana ha una struttura ad α-elica con amminoacidi polari rivolti verso il canale e amminoacidi apolari rivolti verso lo strato fosfolipidico
Metodi di studio dei canali ionici
La sequenza degli amminoacidi ci può dare molte informazioniLa sequenza degli amminoacidi ci può dare molte informazioni
La struttura secondaria ci può dare informazione sulla forma del canale
La struttura secondaria ci può dare informazione sulla forma del canale
La mappa di idrofobicità ci da indizi sulla struttura e sulla funzione dei canali
La mappa di idrofobicità ci da indizi sulla struttura e sulla funzione dei canali
È anche possibile causare mutazioni mirate in certe porzioni del canale per vedere qual è la funzione di quella porzione
È anche possibile causare mutazioni mirate in certe porzioni del canale per vedere qual è la funzione di quella porzione
Approfondimento
Patch-clamp
È possibile studiare il comportamento elettrico di un solo canale per mezzo del metodo del patch-clamp
È possibile studiare il comportamento elettrico di un solo canale per mezzo del metodo del patch-clamp
È possibile ottenere anticorpi che rispondono selettivamente ad un canale ionico o a sue porzioni (immunizzando ad es. un coniglio con un estratto cellulare)
Questi anticorpi vengono poi marcati (con radioattivo o con coloranti speciali) e si va a vedere dove gli anticorpi si vanno ad attaccare a livello di una cellula o di un tessuto
È possibile ottenere anticorpi che rispondono selettivamente ad un canale ionico o a sue porzioni (immunizzando ad es. un coniglio con un estratto cellulare)
Questi anticorpi vengono poi marcati (con radioattivo o con coloranti speciali) e si va a vedere dove gli anticorpi si vanno ad attaccare a livello di una cellula o di un tessuto
Immunocitochimica